JP2013125620A - Induction heating apparatus - Google Patents

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健一 浅沼
Atsushi Yamamoto
山本  温
Tsutomu Sakata
勉 坂田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an induction heating apparatus which is strong against displacement of a transmission coil and a cooking container, and has high transmission efficiency.SOLUTION: A pot 123 is provided in close proximity of a transmission coil 1 so as to be coupled electromagnetically therewith. The transmission coil 1 is provided along a horizontal first surface so as to wind a winding around a predetermined region thereon. The induction heating apparatus includes a magnetic material 3 provided in close proximity of the transmission coil 1 so as to be coupled electromagnetically therewith at least over a region where the winding of the transmission coil 1 exists, between the first surface and a second surface facing the first surface in close proximity to the upper part thereof where the bottom face of the pot 123 is located. Self-inductance of the transmission coil 1 is increased by bringing the transmission coil 1 close to the magnetic material 3.

Description

本発明は、コイル間の誘導結合を用いた誘導加熱装置に関する。   The present invention relates to an induction heating apparatus using inductive coupling between coils.

近年、携帯電話機や電気自動車などの移動性を伴う電子機器やEV機器において無線充電を行うために、コイル間の誘導結合を用いた非接触コネクタ装置及び非接触コネクタシステムと、それを備えた電力伝送装置及び電力伝送システムの開発が進んでいる。非接触の電力伝送システムとして、例えば特許文献1〜3の発明が知られている。   In recent years, non-contact connector devices and non-contact connector systems using inductive coupling between coils to perform wireless charging in mobile electronic devices and EV devices such as mobile phones and electric vehicles, and electric power provided therewith Development of transmission devices and power transmission systems is in progress. As a non-contact power transmission system, for example, the inventions of Patent Documents 1 to 3 are known.

特許文献1の無接点給電装置は、電力が供給される電力用1次コイルを備えた家具と、この家具に対して所定の配置位置に配置された状態で電力用1次コイルによる磁束内に配置される電力用2次コイルを備えたコードレス機器と、家具に対するコードレス機器の所定の配置位置を報知する報知手段とを具備して成ることを特徴とする。   The non-contact power feeding device of Patent Document 1 includes furniture provided with a primary coil for power to which power is supplied, and the magnetic flux generated by the primary coil for power in a state of being arranged at a predetermined arrangement position with respect to the furniture. It is characterized by comprising a cordless device provided with a secondary coil for electric power to be arranged and an informing means for informing a predetermined arrangement position of the cordless device with respect to furniture.

特許文献2の無接点電力伝送コイルは、線状導体を略々同一平面内に渦巻き状に巻回して形成された平面コイルと、磁性体粒子がバインダ溶剤中に混入された液状の磁性体溶液を、上記平面コイルの一方の平面部及び当該平面コイルの側面部を覆うように塗布して形成された磁性体層とを有する、ことを特徴とする。   The non-contact power transmission coil of Patent Document 2 includes a planar coil formed by spirally winding a linear conductor in substantially the same plane, and a liquid magnetic material solution in which magnetic particles are mixed in a binder solvent. And a magnetic layer formed by coating so as to cover one planar portion of the planar coil and the side portion of the planar coil.

特許文献3の無線伝送システムは、無線電力伝送のための共振器を備え、これは、1つ以上のループを形成しかつ所定のインダクタンスを有する導体と、所定の容量及び所望の電気的パラメータを有しかつ上記導体に接続されているキャパシタネットワークとを備える。ここで、上記キャパシタネットワークは、電気的パラメータとして第1の温度プロファイルを有する第1のタイプの少なくとも1つのキャパシタと、電気的パラメータとして第2の温度プロファイルを有する第2のタイプの少なくとも1つのキャパシタとを有する。   The wireless transmission system of Patent Document 3 includes a resonator for wireless power transmission, which includes a conductor that forms one or more loops and has a predetermined inductance, a predetermined capacitance, and a desired electrical parameter. And a capacitor network connected to the conductor. Wherein the capacitor network includes at least one capacitor of a first type having a first temperature profile as an electrical parameter and at least one capacitor of a second type having a second temperature profile as an electrical parameter. And have.

このような非接触の電力伝送システムの原理は、非接触コネクタ装置を備えた情報伝送システムや、IH調理装置などの誘導加熱装置にも適用可能である。   The principle of such a non-contact power transmission system can be applied to an information transmission system including a non-contact connector device and an induction heating device such as an IH cooking device.

特開2001−309579号公報JP 2001-309579 A 特開2008−172873号公報JP 2008-172873 A 米国特許出願公開第2010/0181845号明細書US Patent Application Publication No. 2010/0181845

非接触の電力伝送システムにおいて高い伝送効率を実現するには、送信側の電力伝送装置(例えば充電器)に備えられた送信コイルと受信側の電力伝送装置(例えば被充電器)に備えられた受信コイルとが電磁的に強く結合するように、送信コイル及び受信コイルの位置を正確に合わせて対向させることが必要となる。   In order to achieve high transmission efficiency in a non-contact power transmission system, a transmission coil provided in a transmission-side power transmission device (for example, a charger) and a reception-side power transmission device (for example, a charger) are provided. It is necessary to accurately match the positions of the transmission coil and the reception coil so that the reception coil is electromagnetically strongly coupled.

特許文献1及び2の発明によれば、対向する送信コイル及び受信コイルの位置が正確に合っているならば高い伝送効率を実現できるものの、位置がずれると伝送効率が低下する課題がある。   According to the inventions of Patent Documents 1 and 2, a high transmission efficiency can be realized if the positions of the opposed transmission coil and reception coil are accurately matched, but there is a problem that the transmission efficiency is lowered when the positions are shifted.

位置ずれによる伝送効率の低下を解決するために、特許文献3の発明では、整合回路を動的に変更している。しかしながら、このような解決法は制御が複雑になるという課題があった。   In order to solve the decrease in transmission efficiency due to misalignment, in the invention of Patent Document 3, the matching circuit is dynamically changed. However, such a solution has a problem of complicated control.

同様の問題点は、非接触の電力伝送システムだけでなく、非接触コネクタ装置を備えた情報伝送システムや、誘導加熱装置にも存在する。   Similar problems exist not only in non-contact power transmission systems but also in information transmission systems including non-contact connector devices and induction heating devices.

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、簡単な構成でありながら、送信コイル及び受信コイルの位置ずれに強くかつ伝送効率の高い誘導加熱装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an induction heating apparatus that solves the above-described problems and has a simple configuration but is resistant to displacement of the transmission coil and the reception coil and has high transmission efficiency.

本発明の態様に係る誘導加熱装置によれば、
調理容器と電磁的に結合するように近接して設けられた誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、
上記誘導加熱コイルの巻線は水平な第1の面上で巻回され、
上記誘導加熱装置は、
上記第1の面と、上記第1の面の上方に近接して対向しかつ上記調理容器の底面が位置する第2の面との間において、少なくとも上記誘導加熱コイルの巻線及び上記調理容器の底面が存在する領域にわたって上記誘導加熱コイル及び上記調理容器の底面に電磁的に結合するように近接して設けられた磁性体を備え、
上記誘導加熱コイルに上記磁性体を近接させることにより上記誘導加熱コイルの自己インダクタンスを増大させ、上記調理容器の底面を上記磁性体に近接させることにより上記調理容器の自己インダクタンスを増大させることを特徴とする。
According to the induction heating device according to the aspect of the present invention,
In an induction heating apparatus provided with an induction heating coil provided in close proximity so as to be electromagnetically coupled to a cooking vessel,
The induction heating coil winding is wound on a horizontal first surface;
The induction heating device is
At least the winding of the induction heating coil and the cooking vessel between the first surface and a second surface that is close to and opposes the upper side of the first surface and on which the bottom surface of the cooking vessel is located A magnetic body provided in proximity to the induction heating coil and the bottom surface of the cooking vessel over a region where the bottom surface of
The self-inductance of the induction heating coil is increased by bringing the magnetic body close to the induction heating coil, and the self-inductance of the cooking container is increased by bringing the bottom surface of the cooking container close to the magnetic body. And

上記誘導加熱装置は、上記誘導加熱コイル及び上記調理容器のそれぞれの自己インダクタンスを増大させることにより、上記誘導加熱コイル及び上記調理容器の間の結合係数を、上記誘導加熱コイルから上記調理容器への伝送効率の周波数特性が2峰性かつ狭帯域の特性から単峰性かつ広帯域の特性に変化するように、低下させて設定することを特徴とする。   The induction heating device increases a self-inductance of each of the induction heating coil and the cooking container, thereby increasing a coupling coefficient between the induction heating coil and the cooking container from the induction heating coil to the cooking container. The frequency characteristic of the transmission efficiency is set to be lowered so that the characteristic changes from a bimodal and narrowband characteristic to a unimodal and broadband characteristic.

上記誘導加熱装置において、上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って単層で巻回されることを特徴とする。   In the induction heating device, the winding of the induction heating coil is wound in a single layer along the first surface.

上記誘導加熱装置において、上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って多層で巻回され、上記多層の巻線のうちの各層の巻線は互いに直列に接続されることを特徴とする。   In the induction heating device, the windings of the induction heating coil are wound in multiple layers along the first surface, and the windings of each layer of the multilayer windings are connected in series with each other. And

上記誘導加熱装置において、上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って多層で巻回され、上記多層の巻線のうちの各層の巻線は互いに並列に接続されることを特徴とする。   In the induction heating device, the windings of the induction heating coil are wound in multiple layers along the first surface, and the windings of each layer of the multilayer windings are connected in parallel to each other. And

上記誘導加熱装置において、
上記誘導加熱コイルの巻線は、上記第1の面に沿った誘電体基板上の導体パターンとして形成され、
上記磁性体は、上記誘導加熱コイル及び上記誘電体基板と一体的に形成されることを特徴とする。
In the induction heating apparatus,
The winding of the induction heating coil is formed as a conductor pattern on the dielectric substrate along the first surface,
The magnetic body is formed integrally with the induction heating coil and the dielectric substrate.

本発明の誘導加熱装置によれば、非常に簡単な構成でありながら、誘導加熱コイル及び調理容器の間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で調理容器を加熱することができる。   According to the induction heating device of the present invention, the cooking container can be heated with a stable transmission efficiency even if a positional shift occurs between the induction heating coil and the cooking container, although the configuration is very simple.

本発明の第1の実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a power transmission system according to a first embodiment of the present invention. 図1のA−A’線における断面図である。It is sectional drawing in the A-A 'line of FIG. 比較例の電力伝送システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power transmission system of a comparative example. 図3の電力伝送システムの等価回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the equivalent circuit of the electric power transmission system of FIG. 図3の送信コイル1及び受信コイル2の間の結合係数kを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示す概略図である。It is the schematic which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency when the coupling coefficient k between the transmission coil 1 and the reception coil 2 of FIG. 3 is changed. 図3の電力伝送システムにおける磁束の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the magnetic flux in the electric power transmission system of FIG. 図3の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の間の距離dを増大させたときの磁束の流れを示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the distance d between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is increased in the power transmission system of FIG. 3. 図3の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の間の距離dを増大させ、かつ磁性体6を挿入したときの磁束の流れを示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the distance d between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is increased and the magnetic body 6 is inserted in the power transmission system of FIG. 3. 図1の電力伝送システムにおける磁束の流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the flow of the magnetic flux in the electric power transmission system of FIG. 図1の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置がずれたときの磁束の流れを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the positions of a transmission coil 1 and a reception coil 2 are shifted in the power transmission system of FIG. 1. 本発明の第1の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a power transmission system according to a first embodiment of the present invention. 図11の電力伝送システムの上面図である。FIG. 12 is a top view of the power transmission system of FIG. 11. 図11のB−B’線における断面図である。It is sectional drawing in the B-B 'line | wire of FIG. 図11の電力伝送システムの等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of the electric power transmission system of FIG. 図11の電力伝送システムにおいて送信コイル1及び受信コイル2の間に生じさせた位置ずれを説明する図である。It is a figure explaining the position shift produced between the transmission coil 1 and the receiving coil 2 in the electric power transmission system of FIG. 磁性体3を除去した図11の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。12 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the positional deviation between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is changed in the power transmission system of FIG. 11 from which the magnetic body 3 is removed. 図11の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。12 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the positional deviation between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is changed in the power transmission system of FIG. 11. 図11の電力伝送システムの位置ずれに対する伝送効率の特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of the transmission efficiency with respect to position shift of the electric power transmission system of FIG. 図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。12 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 11. 磁性体3の厚さを減少させた図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。12 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 11 in which the thickness of the magnetic body 3 is reduced. 磁性体3の厚さを減少させた図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。12 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 11 in which the thickness of the magnetic body 3 is reduced. 本発明の第2の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す上面図である。It is a top view which shows schematic structure of the electric power transmission system which concerns on 2nd Example of this invention. 空洞を除去した図22の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。FIG. 23 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 22 from which a cavity is removed. 図22の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。24 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 本発明の第3の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power transmission system which concerns on the 3rd Example of this invention. 図25の送信コイル1及び受信コイル2を示す平面図である。It is a top view which shows the transmission coil 1 and the reception coil 2 of FIG. 図25の電力伝送システムの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the transmission efficiency of the electric power transmission system of FIG. 本発明の第1の実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power transmission system according to a first embodiment of the present invention. 図25の電力伝送システムにおける送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power transmission apparatus by the side of power transmission in the power transmission system of FIG. 図25の電力伝送システムにおける送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置の変形例の構成を示す断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a modified example of the power transmission device on the power transmission side and the power transmission device on the power reception side in the power transmission system of FIG. 25. 本発明の第2の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the signal transmission system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the induction heating apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図32の誘導加熱装置と鍋123の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the induction heating apparatus of FIG. 図1の送信コイル1及び受信コイル2の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the transmission coil 1 and the reception coil 2 of FIG. 図34の送信コイル1の巻き方を説明する概略図である。It is the schematic explaining how to wind the transmission coil 1 of FIG. 図34の送信コイル1の巻き方の変形例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the modification of how to wind the transmission coil 1 of FIG. 図1の送信側及び受信側の非接触コネクタ装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the non-contact connector apparatus of the transmission side of FIG. 1, and a reception side.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component.

第1の実施形態.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。図2は、図1のA−A’線における断面図である。本実施形態の電力伝送システムは、送信コイル1及び受信コイル2の間の電磁結合を用いた非接触コネクタシステムを備えて構成される。図1他では、図示の簡単化のために、電力伝送システムに必要な電源、送電回路、受電回路などを省略し、非接触コネクタシステムのみを示す。なお、非接触コネクタシステムは、送信コイル1を備えた送信側の非接触コネクタ装置と、受信コイル2を備えた受信側の非接触コネクタ装置とからなるものとする。
First embodiment.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a power transmission system according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. The power transmission system according to the present embodiment includes a non-contact connector system using electromagnetic coupling between the transmission coil 1 and the reception coil 2. In FIG. 1 and others, for simplification of illustration, the power source, power transmission circuit, power reception circuit, and the like necessary for the power transmission system are omitted, and only the non-contact connector system is shown. Note that the non-contact connector system includes a transmission-side non-contact connector device including the transmission coil 1 and a reception-side non-contact connector device including the reception coil 2.

図1の電力伝送システムにおいて、非接触コネクタシステムは、互いに近接して対向する第1の面及び第2の面に沿ってそれぞれ設けられた送信コイル1及び受信コイル2を備える。送信コイル1は端子P1a,P1bを有し、受信コイル2は端子P2a,P2bを有する。送信コイル1及び受信コイル2は互いに電磁的に結合するように近接して設けられる。送信コイル1は、第1の面上の所定領域の周囲に巻線を巻回するように第1の面に沿って設けられる。同様に、受信コイル2は、第2の面上の所定領域の周囲に巻線を巻回するように第2の面に沿って設けられる。非接触コネクタシステムは、第1の面と第2の面との間において、少なくとも送信コイル1及び受信コイル2の巻線が存在する領域にわたって送信コイル1及び受信コイル2に電磁的に結合するように近接して設けられた所定の比透磁率を有する磁性体3を備える。磁性体3は、例えばフェライトである。送信コイル1に磁性体3を近接させることにより送信コイル1の自己インダクタンスを増大させ、受信コイル2に磁性体3を近接させることにより受信コイル2の自己インダクタンスを増大させる。   In the power transmission system of FIG. 1, the non-contact connector system includes a transmission coil 1 and a reception coil 2 provided along a first surface and a second surface that face each other in proximity to each other. The transmission coil 1 has terminals P1a and P1b, and the reception coil 2 has terminals P2a and P2b. Transmitting coil 1 and receiving coil 2 are provided close to each other so as to be electromagnetically coupled to each other. Transmitting coil 1 is provided along the first surface so as to wind a winding around a predetermined region on the first surface. Similarly, the receiving coil 2 is provided along the second surface so as to wind a winding around a predetermined region on the second surface. The non-contact connector system is electromagnetically coupled to the transmission coil 1 and the reception coil 2 at least over a region where the windings of the transmission coil 1 and the reception coil 2 exist between the first surface and the second surface. Is provided with a magnetic body 3 having a predetermined relative magnetic permeability, which is provided in the vicinity of. The magnetic body 3 is, for example, ferrite. The self-inductance of the transmission coil 1 is increased by bringing the magnetic body 3 close to the transmission coil 1, and the self-inductance of the reception coil 2 is increased by bringing the magnetic body 3 close to the reception coil 2.

本実施形態の電力伝送システムでは、送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれの自己インダクタンスを増大させることにより、送信コイル1及び受信コイル2の間の結合係数を、送信コイル1から受信コイル2への伝送効率の周波数特性が2峰性かつ狭帯域の特性から単峰性かつ広帯域の特性に変化するように、低下させて設定することを特徴とする。   In the power transmission system of this embodiment, the coupling coefficient between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is increased from the transmission coil 1 to the reception coil 2 by increasing the respective self-inductances of the transmission coil 1 and the reception coil 2. The frequency characteristic of the transmission efficiency is set to be lowered so that the characteristic changes from a bimodal and narrowband characteristic to a unimodal and broadband characteristic.

以下、本実施形態の非接触コネクタシステムの動作原理について説明する。   Hereinafter, the operation principle of the non-contact connector system of this embodiment will be described.

図3は、比較例の電力伝送システムの概略構成を示す断面図である。図3の電力伝送システムにおいて、非接触コネクタシステムは、磁性体3を持たないことを除いて図1の非接触コネクタシステムと同様である。送信コイル1は送信側の非接触コネクタ装置の筐体4に設けられ、受信コイル2は受信側の非接触コネクタ装置の筐体5に設けられる。送信コイル1及び受信コイル2は距離dを有して離隔される。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a power transmission system of a comparative example. In the power transmission system of FIG. 3, the non-contact connector system is the same as the non-contact connector system of FIG. 1 except that the magnetic body 3 is not provided. The transmission coil 1 is provided in the housing 4 of the non-contact connector device on the transmission side, and the reception coil 2 is provided in the housing 5 of the non-contact connector device on the reception side. The transmission coil 1 and the reception coil 2 are separated by a distance d.

図3の電力伝送システムにおいて、送信コイル1に電流が流れると、その電流により形成される送信コイル1の周囲の電磁界により受信コイル2に誘導起電力が生じ、受信コイル2に誘導電流が流れる。言い換えれば、送信コイル1及び受信コイル2は互いに電磁的に結合している。この結合の度合いを評価する指標として、次式の結合係数kが用いられる。   In the power transmission system of FIG. 3, when a current flows through the transmission coil 1, an induced electromotive force is generated in the reception coil 2 due to an electromagnetic field around the transmission coil 1 formed by the current, and an induced current flows in the reception coil 2. . In other words, the transmission coil 1 and the reception coil 2 are electromagnetically coupled to each other. As an index for evaluating the degree of coupling, a coupling coefficient k of the following formula is used.

k=M/(√L1×√L2) (0≦|k|≦1) k = M / (√L1 × √L2) (0 ≦ | k | ≦ 1)

ここで、Mは、送信コイル1及び受信コイル2の間の相互インダクタンスを表し、L1は送信コイル1の自己インダクタンスを表し、L2は受信コイル2の自己インダクタンスを表す。   Here, M represents a mutual inductance between the transmission coil 1 and the reception coil 2, L1 represents a self-inductance of the transmission coil 1, and L2 represents a self-inductance of the reception coil 2.

図4は、図3の電力伝送システムの等価回路の一例を示す回路図である。Qは信号源であり、z01は送信回路の負荷インピーダンスであり、z02は受信回路及び負荷の負荷インピーダンスであり、R1,R2は抵抗であり、C1,C2は整合用のキャパシタである。電力伝送システムが角周波数ωで動作するとき、伝送効率を表すパラメータS21は、自己インダクタンスL1,L2と相互インダクタンスMとを用いて次式のように表することが可能である。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an equivalent circuit of the power transmission system of FIG. Q is a signal source, z01 is a load impedance of the transmission circuit, z02 is a load impedance of the reception circuit and the load, R1 and R2 are resistors, and C1 and C2 are matching capacitors. When the power transmission system operates at the angular frequency ω, the parameter S21 representing the transmission efficiency can be expressed by the following equation using the self-inductances L1 and L2 and the mutual inductance M.

Figure 2013125620
Figure 2013125620

なお、図4の等価回路及びこのパラメータS21の式は単なる一例であり、電力伝送システムの等価回路及び伝送効率は他の任意の適切なモデルで表されてもよい。   Note that the equivalent circuit of FIG. 4 and the expression of the parameter S21 are merely examples, and the equivalent circuit and transmission efficiency of the power transmission system may be represented by any other appropriate model.

送信コイル1及び受信コイル2が電磁的に強く結合している場合、|k|≒1となるが、距離dが増大するにつれて、|k|の値は減少していき、送信コイル1及び受信コイル2が電磁的に結合していない場合|k|=0となる。   When the transmission coil 1 and the reception coil 2 are electromagnetically strongly coupled, | k | ≈1, but as the distance d increases, the value of | k | decreases, and the transmission coil 1 and the reception coil When the coil 2 is not electromagnetically coupled, | k | = 0.

図5は、図3の送信コイル1及び受信コイル2の間の結合係数kを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示す概略図である。図5では、Q値は一定であると仮定する。図5によれば、結合係数kの大小に応じて伝送効率の帯域幅が変化することがわかる。通常、送信コイル1及び受信コイル2の電磁的結合が強い場合は、2峰性かつ狭帯域の特性になり、広帯域動作を実現することができない。すなわち、広帯域動作を実現するには、送信コイル1及び受信コイル2を近接させた条件下で結合係数kを低下させる必要がある。結合係数kは、自己インダクタンスL1,L2の平方根と相互インダクタンスMとの比であるから、自己インダクタンスL1及びL2を増大させることができれば、結合係数kを低下させることができる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing frequency characteristics of transmission efficiency when the coupling coefficient k between the transmission coil 1 and the reception coil 2 in FIG. 3 is changed. In FIG. 5, it is assumed that the Q value is constant. According to FIG. 5, it can be seen that the bandwidth of transmission efficiency changes according to the magnitude of the coupling coefficient k. Normally, when the electromagnetic coupling between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is strong, the characteristics are bimodal and narrow band, and wide band operation cannot be realized. That is, in order to realize a broadband operation, it is necessary to reduce the coupling coefficient k under the condition where the transmission coil 1 and the reception coil 2 are close to each other. Since the coupling coefficient k is the ratio of the square root of the self-inductances L1 and L2 and the mutual inductance M, the coupling coefficient k can be lowered if the self-inductances L1 and L2 can be increased.

図6〜図8は、図3の電力伝送システムにおける磁束の流れを示す概略図である。図6〜図8では、図3の筐体4,5は省略して送信コイル1及び受信コイル2のみを示す。図6のように送信コイル1及び受信コイル2が互いに近接している場合、送信コイル1に電流が流れると、送信コイル1及び受信コイル2の両方を包囲するように磁束M1a,M1bが形成され、相互インダクタンスMが増大し、結合係数kが高くなる。図7は、図3の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の間の距離dを増大させたときの磁束の流れを示す概略図である。図7のように送信コイル1及び受信コイル2が互いに離れている場合、送信コイル1に電流が流れると、送信コイル1及び受信コイル2の周囲に形成される磁束のうちで一部の磁束M2a,M2bは漏れ磁束になるので、相互インダクタンスMが低下し、結合係数kが低くなる。図8は、図3の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の間の距離dを増大させ、かつ磁性体6を挿入したときの磁束の流れを示す概略図である。送信コイル1及び受信コイル2が互いに離れている場合、図8のように送信コイル1及び受信コイル2の中心部分に磁性体6(鉄、フェライト、など)を挿入することで、図7の漏れ磁束M2a,M2bを、磁性体6の内部を通過して送信コイル1及び受信コイル2の両方を包囲する磁束M1bに変化させることができ、その結果、相互インダクタンスMが増大し、結合係数kが高くなる。   6 to 8 are schematic views showing the flow of magnetic flux in the power transmission system of FIG. 6 to 8, the casings 4 and 5 in FIG. 3 are omitted, and only the transmission coil 1 and the reception coil 2 are shown. When the transmitting coil 1 and the receiving coil 2 are close to each other as shown in FIG. 6, when a current flows through the transmitting coil 1, magnetic fluxes M1a and M1b are formed so as to surround both the transmitting coil 1 and the receiving coil 2. The mutual inductance M increases and the coupling coefficient k increases. FIG. 7 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the distance d between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is increased in the power transmission system of FIG. When the transmission coil 1 and the reception coil 2 are separated from each other as shown in FIG. 7, when a current flows through the transmission coil 1, a part of the magnetic flux M <b> 2 a among the magnetic fluxes formed around the transmission coil 1 and the reception coil 2. , M2b becomes a leakage magnetic flux, so that the mutual inductance M decreases and the coupling coefficient k decreases. FIG. 8 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the distance d between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is increased and the magnetic body 6 is inserted in the power transmission system of FIG. When the transmission coil 1 and the reception coil 2 are separated from each other, the magnetic body 6 (iron, ferrite, etc.) is inserted into the central portion of the transmission coil 1 and the reception coil 2 as shown in FIG. The magnetic fluxes M2a and M2b can be changed to a magnetic flux M1b that passes through the inside of the magnetic body 6 and surrounds both the transmission coil 1 and the reception coil 2, and as a result, the mutual inductance M increases and the coupling coefficient k is increased. Get higher.

図6のように送信コイル1及び受信コイル2が互いに近接している条件下では、前述の通り、結合係数kが高くなるので、広帯域動作を実現することはできない。従って、磁束の流れを制御し、相互インダクタンスMを低下させる代わりに自己インダクタンスL1,L2を高める必要がある。   As shown in FIG. 6, under the condition where the transmission coil 1 and the reception coil 2 are close to each other, as described above, the coupling coefficient k becomes high, so that it is not possible to realize a broadband operation. Therefore, it is necessary to increase the self-inductances L1 and L2 instead of controlling the flow of magnetic flux and reducing the mutual inductance M.

図9は、図1の電力伝送システムにおける磁束の流れを示す概略図である。送信コイル1に電流が流れると、一部の磁束M1は磁性体3を通過して送信コイル1及び受信コイル2の両方を包囲するように形成されるが、他の一部の磁束M2aは、磁性体3内において送信コイル1の近傍のみを通り、受信コイル2に向かうことはなく、送信コイル1のみを包囲する漏れ磁束として形成される。漏れ磁束M2aが形成されることで、送信コイル1の自己インダクタンスL1が増大する。同様に、受信コイル2に誘導電流が流れると、磁性体3内において受信コイル2の近傍のみを通り、送信コイル1に向かうことはなく、受信コイル2のみを包囲する漏れ磁束M2bが形成される。漏れ磁束M2bが形成されることで、受信コイル2の自己インダクタンスL2が増大する。このように、図1の電力伝送システムでは、磁性体3を備えたことにより自己インダクタンスL1,L2が増大し、図6の場合と比較して結合係数kが低くなり、よって、広帯域動作を実現することができる。   FIG. 9 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux in the power transmission system of FIG. When a current flows through the transmission coil 1, a part of the magnetic flux M1 passes through the magnetic body 3 and surrounds both the transmission coil 1 and the reception coil 2, but the other part of the magnetic flux M2a is In the magnetic body 3, it passes only in the vicinity of the transmission coil 1, does not go to the reception coil 2, and is formed as a leakage magnetic flux surrounding only the transmission coil 1. By forming the leakage magnetic flux M2a, the self-inductance L1 of the transmission coil 1 increases. Similarly, when an induced current flows through the receiving coil 2, a leakage magnetic flux M2b surrounding only the receiving coil 2 is formed without passing toward the transmitting coil 1 only in the vicinity of the receiving coil 2 in the magnetic body 3. . By forming the leakage magnetic flux M2b, the self-inductance L2 of the receiving coil 2 increases. As described above, in the power transmission system of FIG. 1, the self-inductances L1 and L2 increase due to the provision of the magnetic body 3, and the coupling coefficient k becomes lower than in the case of FIG. can do.

図10は、図1の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置がずれたときの磁束の流れを示す概略図である。この場合も、図9の場合と同様に、送信コイル1のみを包囲する漏れ磁束M2aと、受信コイル2のみを包囲する漏れ磁束M2bとが形成される。このため、図9の場合と同様に、磁性体3を備えたことにより自己インダクタンスL1,L2が増大し、図6の場合と比較して結合係数kが低くなり、よって、広帯域動作を実現することができる。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the flow of magnetic flux when the positions of the transmission coil 1 and the reception coil 2 are shifted in the power transmission system of FIG. Also in this case, similarly to the case of FIG. 9, the leakage magnetic flux M2a surrounding only the transmission coil 1 and the leakage magnetic flux M2b surrounding only the reception coil 2 are formed. For this reason, as in the case of FIG. 9, the self-inductances L1 and L2 increase due to the provision of the magnetic body 3, and the coupling coefficient k becomes lower than that in the case of FIG. be able to.

好ましい結合係数kについて、図5を参照して説明する。前述のように、送信コイル1及び受信コイル2の電磁的結合が強い場合は、2峰性かつ狭帯域の特性であるが、結合係数kを次第に低下させると、伝送効率の2つのピークの間の周波数間隔は次第に小さくなり、かつ、2つのピークの間の伝送効率の極小値は次第に増大する。この周波数間隔が実質的に0になったとき、言い換えると、伝送効率の2つのピークとその間の極小値との差が小さくなったとき(例えば5〜10%)、電力伝送システムの帯域幅は最大になる。この条件を満たすように、結合係数kは決定され、この結合係数kの値を達成するように、電力伝送システムの各パラメータ(磁性体3の厚さ及び比透磁率、送信コイル1及び受信コイル2の巻き数、など)は決定される。   A preferred coupling coefficient k will be described with reference to FIG. As described above, when the electromagnetic coupling between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is strong, it is a bimodal and narrow-band characteristic. However, when the coupling coefficient k is gradually decreased, the transmission efficiency is reduced between two peaks. , And the minimum value of the transmission efficiency between the two peaks gradually increases. When this frequency interval is substantially zero, in other words, when the difference between the two peaks of transmission efficiency and the local minimum between them is small (eg 5-10%), the bandwidth of the power transmission system is Become the maximum. The coupling coefficient k is determined so as to satisfy this condition, and the parameters of the power transmission system (thickness and relative permeability of the magnetic body 3, transmission coil 1 and reception coil are set so as to achieve the value of the coupling coefficient k. 2 turns, etc.) are determined.

距離dを有して離隔された送信コイル1及び受信コイル2の間に磁性体3を設けると、図27を参照して後述するように、磁性体なし(「磁性体なし、d=2.6mm」、一点鎖線のプロット)では2峰性かつ狭帯域の特性であったところ、磁性体あり(「磁性体あり、d=2.6mm」、実線のプロット)では単峰性かつ広帯域の特性になる。磁性体を持たない電力伝送システムの場合、結合係数kが高いので2峰性の特性を示しているが、本実施形態の電力伝送システムの場合、磁性体3の効果により結合係数kが低下し、広帯域動作を実現できる。また、図27によれば、磁性体なし(「磁性体なし、d=2.6mm」、一点鎖線のプロット)及び磁性体あり(「磁性体あり、d=2.6mm」、実線のプロット)を比較すると、磁性体3を設けたとき、自己インダクタンスL1,L2の増大により、共振周波数が250kHzから150kHzまで低下する。言い換えれば、本実施形態の電力伝送システムでは、共振周波数が低下することにより小型化の効果も得られる。   When the magnetic body 3 is provided between the transmission coil 1 and the reception coil 2 separated by a distance d, as will be described later with reference to FIG. 27, there is no magnetic body (“no magnetic body, d = 2. 6mm ", a dot-and-dash line plot) was bimodal and narrow band characteristics, but with a magnetic body (" with magnetic body, d = 2.6mm ", solid line plot), unimodal and broadband characteristics become. In the case of a power transmission system not having a magnetic body, the coupling coefficient k is high, so that bimodal characteristics are shown. However, in the case of the power transmission system of the present embodiment, the coupling coefficient k is reduced due to the effect of the magnetic body 3. Wide band operation can be realized. Further, according to FIG. 27, there is no magnetic body (“no magnetic body, d = 2.6 mm”, dot-dash line plot) and magnetic bodies (“with magnetic body, d = 2.6 mm”, solid line plot). When the magnetic body 3 is provided, the resonance frequency decreases from 250 kHz to 150 kHz due to the increase of the self-inductances L1 and L2. In other words, in the power transmission system of the present embodiment, the effect of miniaturization can be obtained by reducing the resonance frequency.

次に、図11〜図18を参照して、本実施形態の電力伝送システムの送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれに対する耐性について説明する。   Next, with reference to FIG. 11 to FIG. 18, resistance to displacement of the transmission coil 1 and the reception coil 2 of the power transmission system of the present embodiment will be described.

図11は、本発明の第1の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す斜視図である。図12は、図11の電力伝送システムの上面図である。図13は、図11のB−B’線における断面図である。送信コイル1及び受信コイル2は、30mm×30mmの正方形の外周を有する矩形コイルであり、配線幅0.4mm、配線ピッチ0.4mm、配線の厚さ0.2mmを有し、巻き数は5回である。送信コイル1及び受信コイル2は、距離d=2mmを有して互いに対向する。送信コイル1及び受信コイル2の間には、厚さ2mm及び比透磁率10を有するフェライトの磁性体3が設けられている。図14は、図11の電力伝送システムの等価回路を示す回路図である。Q1は信号源であり、Z1は負荷インピーダンスであり、C3,C4は整合のために装荷されたキャパシタである。キャパシタC3,C4の容量は20nFである。図15は、図11の電力伝送システムにおいて送信コイル1及び受信コイル2の間に生じさせた位置ずれを説明する図である。送信コイル1に対して受信コイル2を図15に示すようにY方向に変位させた。磁性体3は、図15の変位が可能であるように、Y方向に十分な長さを有するものとする。   FIG. 11 is a perspective view showing a schematic configuration of the power transmission system according to the first embodiment of the present invention. 12 is a top view of the power transmission system of FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 11. The transmission coil 1 and the reception coil 2 are rectangular coils having a square outer periphery of 30 mm × 30 mm, have a wiring width of 0.4 mm, a wiring pitch of 0.4 mm, and a wiring thickness of 0.2 mm, and the number of turns is 5. Times. The transmission coil 1 and the reception coil 2 face each other with a distance d = 2 mm. A ferrite magnetic body 3 having a thickness of 2 mm and a relative permeability of 10 is provided between the transmission coil 1 and the reception coil 2. FIG. 14 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the power transmission system of FIG. Q1 is a signal source, Z1 is a load impedance, and C3 and C4 are capacitors loaded for matching. Capacitors C3 and C4 have a capacity of 20 nF. FIG. 15 is a diagram for explaining a positional shift generated between the transmission coil 1 and the reception coil 2 in the power transmission system of FIG. 11. The receiving coil 2 was displaced in the Y direction with respect to the transmitting coil 1 as shown in FIG. The magnetic body 3 is assumed to have a sufficient length in the Y direction so that the displacement shown in FIG. 15 is possible.

計算機シミュレーション(図16〜図21、図23、図24)では、有限要素法を用いて送信コイル1及び受信コイル2の間のインピーダンス行列を計算し、送信コイル1及び受信コイル2の間の伝送効率として、100×|S21|を求めた。 In the computer simulation (FIGS. 16 to 21, 23, and 24), an impedance matrix between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is calculated using a finite element method, and transmission between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is performed. As the efficiency, 100 × | S21 | 2 was obtained.

図16は、磁性体3を除去した図11の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図17は、図11の電力伝送システムにおいて、送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれを変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。磁性体3がない場合(図16)、送信コイル1及び受信コイル2の間の変位が増大するにつれて共振周波数が高い周波数帯にシフトし、伝送効率が低下していく様子がわかる。動作周波数が約700kHzであると仮定すると、伝送効率に大きな変動が生じる。これは、送信コイル1及び受信コイル2の位置にずれが生じることで、送信コイル1及び受信コイル2の間を貫く磁束が減少し、相互インダクタンスMが低下するためである。一方、本実施形態の磁性体3を備えた電力伝送システムでは(図17)、広帯域化の効果により、伝送効率の変動は小さく抑えられていることが判る。すなわち、本実施形態の電力伝送システムでは、位置ずれに強いという格別の効果があることがわかる。   FIG. 16 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the positional deviation of the transmission coil 1 and the reception coil 2 is changed in the power transmission system of FIG. 11 from which the magnetic body 3 is removed. FIG. 17 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the positional deviation between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is changed in the power transmission system of FIG. When there is no magnetic body 3 (FIG. 16), it can be seen that as the displacement between the transmission coil 1 and the reception coil 2 increases, the resonance frequency shifts to a higher frequency band and the transmission efficiency decreases. Assuming that the operating frequency is about 700 kHz, a large variation in transmission efficiency occurs. This is because the magnetic flux penetrating between the transmission coil 1 and the reception coil 2 decreases and the mutual inductance M decreases due to a shift in the positions of the transmission coil 1 and the reception coil 2. On the other hand, in the power transmission system including the magnetic body 3 of the present embodiment (FIG. 17), it can be seen that the fluctuation in transmission efficiency is suppressed to a small extent due to the effect of widening the bandwidth. That is, it can be seen that the power transmission system of the present embodiment has a special effect of being resistant to misalignment.

図18は、図11の電力伝送システムの位置ずれに対する伝送効率の特性を示すグラフである。電力伝送システムの構成は、図11〜図14で示したものと同様であり、動作周波数は680kHzである。例えば、伝送効率が60%以上になる範囲を求めると、比較例(磁性体なし)は5mmまでのずれを許容し、実施例は13mmまでの位置ずれを許容できる。本実施形態の電力伝送システムは、送信コイル1及び受信コイル2の位置ずれに対して強い耐性を有することがわかる。   FIG. 18 is a graph showing the characteristics of transmission efficiency with respect to the positional deviation of the power transmission system of FIG. The configuration of the power transmission system is the same as that shown in FIGS. 11 to 14, and the operating frequency is 680 kHz. For example, when a range in which the transmission efficiency is 60% or more is obtained, the comparative example (without magnetic material) allows a deviation of up to 5 mm, and the example can allow a positional deviation of up to 13 mm. It can be seen that the power transmission system of the present embodiment has a strong tolerance against the positional deviation of the transmission coil 1 and the reception coil 2.

位置ずれ耐性が強くなるということは、送信コイル1及び受信コイル2の位置がずれても結合係数の相対変化が小さいということになる。   The fact that the resistance to displacement is increased means that the relative change in the coupling coefficient is small even if the positions of the transmission coil 1 and the reception coil 2 are displaced.

次に、図19〜図21を参照して、本実施形態の電力伝送システムにおいて磁性体3の比透磁率を変化させたときの特性について説明する。図19〜図21において、電力伝送システムの構成は、磁性体3の厚さ(送信コイル1及び受信コイル2の間の距離に等しい)及び比透磁率以外は、図11〜図14で示したものと同様である。ただし、キャパシタC3,C4の容量は10nFである。   Next, characteristics when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of this embodiment will be described with reference to FIGS. 19 to 21, the configuration of the power transmission system is shown in FIGS. 11 to 14 except for the thickness of the magnetic body 3 (equal to the distance between the transmission coil 1 and the reception coil 2) and the relative permeability. It is the same as that. However, the capacitances of the capacitors C3 and C4 are 10 nF.

図19は、図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図19の場合、磁性体3の厚さは2mmである。図19によれば、比透磁率μ=2のときは2峰性の特性を示すが、比透磁率μ=7になると伝送効率を維持したまま広帯域化し、比透磁率μ=20で単峰性になって伝送効率が低下している。従って、最適な比透磁率μが存在することが確認できる。図20は、磁性体3の厚さを減少させた図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図20の場合、磁性体3の厚さは1mmであり、比透磁率μは、比較のために図19の場合と同じ値を用いた。磁性体3の厚さを減少させたことにより、送信コイル1及び受信コイル2の間の結合係数kが増大する。図19の場合では、比透磁率μ=7のときに最適の特性が得られたが、磁性体3の厚さを変化させると、そのことが成立しなくなる。図21は、磁性体3の厚さを減少させた図11の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図21の場合でも、磁性体3の厚さは1mmであるが、図19及び図20の場合とは異なる比透磁率を用いた。図21によれば、磁性体3の厚さを減少させた場合には、大きな比透磁率(例えばμ=14)を有する磁性体を用いることで、厚さを減少させる前と同様の広帯域動作を実現できることがわかる。このように、本実施形態の電力伝送システムでは、比透磁率を高めることで薄型化にも対応できるという格別の効果がある。磁性体3の厚さを減少させることで、コスト及び重量の削減につながる。 FIG. 19 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. In the case of FIG. 19, the thickness of the magnetic body 3 is 2 mm. According to FIG. 19, when the relative permeability μ r = 2 shows a bimodal characteristic, when the relative permeability μ r = 7, the bandwidth is increased while maintaining the transmission efficiency, and the relative permeability μ r = 20. As a result, the transmission efficiency is reduced. Therefore, it can be confirmed that an optimal relative permeability μ r exists. FIG. 20 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 11 in which the thickness of the magnetic body 3 is reduced. For Figure 20, the thickness of the magnetic body 3 is 1 mm, relative permeability mu r was used the same value as in Figure 19 for comparison. By reducing the thickness of the magnetic body 3, the coupling coefficient k between the transmission coil 1 and the reception coil 2 increases. In the case of FIG. 19, optimum characteristics were obtained when the relative magnetic permeability μ r = 7, but this does not hold when the thickness of the magnetic body 3 is changed. FIG. 21 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 11 in which the thickness of the magnetic body 3 is reduced. Even in the case of FIG. 21, the thickness of the magnetic body 3 is 1 mm, but a relative magnetic permeability different from those in FIGS. 19 and 20 was used. According to FIG. 21, when the thickness of the magnetic body 3 is decreased, a broadband having the same relative permeability as that before the thickness is decreased by using a magnetic body having a large relative magnetic permeability (for example, μ r = 14). It can be seen that the operation can be realized. As described above, the power transmission system according to the present embodiment has a special effect that it can cope with a reduction in thickness by increasing the relative permeability. Reducing the thickness of the magnetic body 3 leads to cost and weight reduction.

次に、図22〜図24を参照して、本実施形態の電力伝送システムにおいて磁性体3に空洞を設けた場合の特性について説明する。   Next, with reference to FIG. 22 to FIG. 24, characteristics when the cavity is provided in the magnetic body 3 in the power transmission system of the present embodiment will be described.

図22は、本発明の第2の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す上面図である。図22の電力伝送システムは、磁性体3に空洞を設けたことの他は図11〜図14に示す電力伝送システムと同様の構成を有する。空洞の寸法は14×14mmである。図23は、空洞を除去した図22の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図24は、図22の電力伝送システムにおいて、磁性体3の比透磁率を変化させたときの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図23及び図24のグラフを比較すると、空洞の有無にかかわらず実質的に同様の特性を得られることがわかる。本実施形態の電力伝送システムでは、磁性体3は、少なくとも送信コイル1及び受信コイル2の巻線が存在する領域にわたって送信コイル1及び受信コイル2に近接して設けられていればよい。磁性体3に空洞を設けることで、コスト及び重量の削減につながる。   FIG. 22 is a top view showing a schematic configuration of the power transmission system according to the second embodiment of the present invention. The power transmission system of FIG. 22 has the same configuration as the power transmission system shown in FIGS. 11 to 14 except that a cavity is provided in the magnetic body 3. The dimension of the cavity is 14 × 14 mm. FIG. 23 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. 22 from which the cavity is removed. FIG. 24 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency when the relative permeability of the magnetic body 3 is changed in the power transmission system of FIG. Comparing the graphs of FIGS. 23 and 24, it can be seen that substantially similar characteristics can be obtained regardless of the presence or absence of cavities. In the power transmission system of the present embodiment, the magnetic body 3 only needs to be provided in the vicinity of the transmission coil 1 and the reception coil 2 at least over the region where the windings of the transmission coil 1 and the reception coil 2 exist. Providing a cavity in the magnetic body 3 leads to cost and weight reduction.

次に、図25〜図27を参照して、本実施形態の電力伝送システムのさらなる実施例について説明する。   Next, with reference to FIGS. 25 to 27, a further example of the power transmission system of the present embodiment will be described.

図25は、本発明の第3の実施例に係る電力伝送システムの概略構成を示す断面図である。図26は、図25の送信コイル1及び受信コイル2を示す平面図である。送信コイル1の下方には、シールドのために磁性体11及び金属シールド12が設けられ、受信コイル2の上方にも、シールドのために磁性体13及び金属シールド14が設けられている。磁性体11,13及び金属シールド12,14の厚さは0.1mmである。シールドは漏洩電磁界を低減し、周辺機器への影響を低減する効果がある。磁性体3の比透磁率は10であり、磁性体11,13の比透磁率は1000である。送信コイル1及び受信コイル2は、図26に示すように、外径29mm及び内径12.5mmで、巻き数が17回の円形コイルである。送信コイル1及び受信コイル2の巻線は幅0.48mm及び厚さ0.3mmを有し、送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれは、インダクタンス11.7μH及び直列抵抗0.4Ωを有する。   FIG. 25 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a power transmission system according to the third embodiment of the present invention. FIG. 26 is a plan view showing the transmission coil 1 and the reception coil 2 of FIG. Below the transmission coil 1, a magnetic body 11 and a metal shield 12 are provided for shielding, and above the reception coil 2, a magnetic body 13 and a metal shield 14 are also provided for shielding. The thicknesses of the magnetic bodies 11 and 13 and the metal shields 12 and 14 are 0.1 mm. The shield has the effect of reducing leakage electromagnetic fields and reducing the influence on peripheral devices. The relative permeability of the magnetic body 3 is 10, and the relative permeability of the magnetic bodies 11 and 13 is 1000. As shown in FIG. 26, the transmission coil 1 and the reception coil 2 are circular coils having an outer diameter of 29 mm, an inner diameter of 12.5 mm, and 17 turns. The windings of the transmission coil 1 and the reception coil 2 have a width of 0.48 mm and a thickness of 0.3 mm, and each of the transmission coil 1 and the reception coil 2 has an inductance of 11.7 μH and a series resistance of 0.4Ω.

図27は、図25の電力伝送システムの伝送効率の周波数特性を示すグラフである。図27のグラフは、実測によって得られた結果を示す。送信コイル1及び受信コイル2の間の距離d=2.6mmであり、かつ、磁性体ありの場合(実線)と、比較のために、距離d=2.6mmであり、かつ、磁性体なしの場合(一点鎖線)と、距離d=7.5mmであり、かつ、磁性体なしの場合(一点鎖線)とについて、シミュレーションを行った。磁性体3の厚さは距離dに等しいものとする。「磁性体なし、d=2.6mm」の場合、送信コイル1及び受信コイル2が互いに近接して電磁的に強く結合しているので、周波数150kHzにおいて伝送効率が最大になっているが、広帯域動作は実現できていない。「磁性体なし、d=7.5mm」の場合、送信コイル1及び受信コイル2を互いに離したことにより相互インダクタンスが低下し、従って結合係数を低下させることができ、結果として広帯域動作を実現できるが、その際、伝送効率が最大になる周波数は250kHzに増大する。すなわち、実質的に電力伝送システムが大型化していることになる。一方、「磁性体あり、d=2.6mm」の場合、すなわち実施例に係る電力伝送システムの伝送効率の周波数特性は、150kHzで最大になり、伝送効率の帯域幅(例えば、伝送効率が60%以上になる帯域幅)も、「磁性体なし、d=2.6mm」の場合に比べると広帯域化されていることがわかる。また、「磁性体なし、d=7.5mm」の場合と比べると、伝送効率が最大になる周波数が低下している。以上の結果から、本実施形態の電力伝送システムは、広帯域化と小型化とを同時に実現できるという格別の効果がある。   FIG. 27 is a graph showing frequency characteristics of transmission efficiency of the power transmission system of FIG. The graph of FIG. 27 shows the results obtained by actual measurement. The distance d between the transmission coil 1 and the reception coil 2 is 2.6 mm, and the case with a magnetic body (solid line) is compared with the distance d = 2.6 mm and no magnetic body. A simulation was performed in the case of (dotted line) and the case where the distance d = 7.5 mm and no magnetic substance (dotted line). The thickness of the magnetic body 3 is assumed to be equal to the distance d. In the case of “no magnetic material, d = 2.6 mm”, the transmission coil 1 and the reception coil 2 are close to each other and electromagnetically strongly coupled, so that the transmission efficiency is maximized at a frequency of 150 kHz. Operation has not been realized. In the case of “no magnetic material, d = 7.5 mm”, the transmission coil 1 and the reception coil 2 are separated from each other, so that the mutual inductance is lowered, and thus the coupling coefficient can be lowered. As a result, wideband operation can be realized. However, at that time, the frequency at which the transmission efficiency is maximized increases to 250 kHz. That is, the power transmission system is substantially enlarged. On the other hand, in the case of “there is a magnetic material and d = 2.6 mm”, that is, the frequency characteristic of the transmission efficiency of the power transmission system according to the embodiment is maximized at 150 kHz, and the bandwidth of the transmission efficiency (for example, the transmission efficiency is 60 It can be seen that the bandwidth is also wider than the case of “no magnetic material, d = 2.6 mm”. In addition, the frequency at which the transmission efficiency is maximized is lower than in the case of “no magnetic material, d = 7.5 mm”. From the above results, the power transmission system of the present embodiment has a special effect that it is possible to simultaneously realize a wide band and a small size.

以下、本発明のいくつかのアプリケーションについて説明する。   Several applications of the present invention are described below.

図28は、本発明の第1の実施形態に係る電力伝送システムの概略構成を示すブロック図である。以上説明した非接触コネクタシステムを備えた電力伝送システムを構成することができる。電力伝送システムは、送信側の非接触コネクタ装置を備えた送電側の電力伝送装置と、受信側の非接触コネクタ装置を備えた受電側の電力伝送装置からなるものとする。図28を参照すると、送電側の電力伝送装置において、送信コイル1(図1)は送電回路102に接続され、送電回路102は電源101に接続される。受電側の電力伝送装置において、受信コイル2(図1)は受電回路103に接続され、受電回路103は負荷104(例えば電池など)に接続される。送信コイル1に電力が供給されると送信コイル1に電流が流れ、その電流により形成される送信コイル1の周囲の電磁界により受信コイル2に誘導起電力が生じ、受信コイル2に誘導電流が流れる。この誘導電流を負荷104で取り出すことにより、送信コイル1及び受信コイル2の間で電力を伝送することができる。   FIG. 28 is a block diagram showing a schematic configuration of the power transmission system according to the first embodiment of the present invention. A power transmission system including the non-contact connector system described above can be configured. The power transmission system includes a power transmission device on the power transmission side provided with the non-contact connector device on the transmission side and a power transmission device on the power reception side provided with the non-contact connector device on the reception side. Referring to FIG. 28, in the power transmission device on the power transmission side, the transmission coil 1 (FIG. 1) is connected to the power transmission circuit 102, and the power transmission circuit 102 is connected to the power source 101. In the power transmission device on the power receiving side, the receiving coil 2 (FIG. 1) is connected to the power receiving circuit 103, and the power receiving circuit 103 is connected to a load 104 (for example, a battery). When power is supplied to the transmission coil 1, a current flows through the transmission coil 1, an induced electromotive force is generated in the reception coil 2 due to an electromagnetic field around the transmission coil 1 formed by the current, and an induced current is generated in the reception coil 2. Flowing. By extracting this induced current with the load 104, power can be transmitted between the transmission coil 1 and the reception coil 2.

図29は、図25の電力伝送システムにおける送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置の構成を示す断面図である。本実施形態の電力伝送システムを実施する場合(例えば無線充電など)、送電側の電力伝送装置(充電器)の筐体4の内部に、送信コイル1及び磁性体3を備え、受電側の電力伝送装置(充電される機器)の筐体5の内部には、受信コイル2のみを備えることが望ましい。受信コイル2は、受電側の電力伝送装置を送電側の電力伝送装置に近接させたときに、磁性体3における送信コイル1が設けられた側の面(第1の面)に対向する面(第2の面)上の所定領域の周囲に巻線を巻回するように設けられる。電力伝送を行わないときは、受信コイル2は、送信コイル1及び磁性体3から離れている。受電側の電力伝送装置を送電側の電力伝送装置に近接させて電力伝送を行うとき、受信コイル2は、少なくとも受信コイル2の巻線が存在する領域にわたって磁性体3に近接し、受信コイル2を磁性体3に近接させることにより受信コイル2の自己インダクタンスが増大する。その後は、図1等を参照して説明した場合と同様に動作する。   FIG. 29 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the power transmission device on the power transmission side and the power transmission device on the power reception side in the power transmission system of FIG. 25. When the power transmission system of the present embodiment is implemented (for example, wireless charging), the transmitter 4 and the magnetic body 3 are provided inside the housing 4 of the power transmission device (charger) on the power transmission side, and the power on the power reception side. It is desirable to provide only the receiving coil 2 inside the housing 5 of the transmission device (device to be charged). The receiving coil 2 faces the surface (first surface) of the magnetic body 3 on the side where the transmitting coil 1 is provided (first surface) when the power transmitting device on the power receiving side is brought close to the power transmitting device on the power transmitting side ( A winding is provided around a predetermined area on the second surface). When power transmission is not performed, the reception coil 2 is separated from the transmission coil 1 and the magnetic body 3. When power transmission is performed by bringing the power transmission device on the power receiving side close to the power transmission device on the power transmission side, the receiving coil 2 is close to the magnetic body 3 over at least the region where the winding of the receiving coil 2 exists, and the receiving coil 2 Is made close to the magnetic body 3 to increase the self-inductance of the receiving coil 2. Thereafter, the operation is the same as described with reference to FIG.

図30は、図25の電力伝送システムにおける送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置の変形例の構成を示す断面図である。磁性体は、送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置との両方に設けられていてもよい。図30の電力伝送システムでは、送電側の電力伝送装置の筐体4の内部に、送信コイル1及び磁性体3aを備え、受電側の電力伝送装置の筐体5の内部に、磁性体3b及び受信コイル2のみを備えている。電力伝送を行わないときは、受信コイル2は、送信コイル1から離れている。受電側の電力伝送装置を送電側の電力伝送装置に近接させて電力伝送を行うとき、受信コイル2は送信コイル1に電磁的に結合する。磁性体3a,3bにより送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれの自己インダクタンスを増大させることにより、送信コイル1及び受信コイル2の間の結合係数を、送信コイル1から受信コイル2への伝送効率の周波数特性が2峰性かつ狭帯域の特性から単峰性かつ広帯域の特性に変化するように、低下させて設定することができる。その後は、図1等を参照して説明した場合と同様に動作する。   FIG. 30 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a modification of the power transmission device on the power transmission side and the power transmission device on the power reception side in the power transmission system of FIG. 25. The magnetic body may be provided in both the power transmission device on the power transmission side and the power transmission device on the power reception side. In the power transmission system of FIG. 30, the transmission coil 1 and the magnetic body 3a are provided inside the casing 4 of the power transmission apparatus on the power transmission side, and the magnetic body 3b and the magnetic body 3a are disposed inside the casing 5 of the power transmission apparatus on the power reception side. Only the receiving coil 2 is provided. When power transmission is not performed, the reception coil 2 is separated from the transmission coil 1. When the power transmission device on the power reception side is brought close to the power transmission device on the power transmission side to perform power transmission, the reception coil 2 is electromagnetically coupled to the transmission coil 1. By increasing the respective self-inductances of the transmission coil 1 and the reception coil 2 by the magnetic bodies 3a and 3b, the coupling coefficient between the transmission coil 1 and the reception coil 2 can be increased in the transmission efficiency from the transmission coil 1 to the reception coil 2. The frequency characteristic can be set to be lowered so as to change from a bimodal and narrow band characteristic to a unimodal and wide band characteristic. Thereafter, the operation is the same as described with reference to FIG.

図29及び図30において、筐体4,5は、例えば、ABS樹脂やゴムなどの誘電体あるいは絶縁体、あるいはその両方で構成される。なお、筐体4,5の少なくとも一方を磁性体材料で構成することも可能である。例えば、磁性体粉末を筐体(誘電体)に混ぜ込むことで、筐体の比透磁率を増加させることができる。さらに、磁性体3を、磁性体材料で構成された筐体4あるいは5と一体化することも可能である。磁性体3と筐体4あるいは5とを一体化することにより、電力伝送システムを薄型化できるという効果があり、また、部材が削減されるので、コストの低減と軽量化も見込まれる。   29 and 30, the casings 4 and 5 are made of, for example, a dielectric such as ABS resin or rubber, an insulator, or both. Note that at least one of the casings 4 and 5 can be made of a magnetic material. For example, the relative magnetic permeability of the housing can be increased by mixing magnetic powder into the housing (dielectric). Furthermore, it is possible to integrate the magnetic body 3 with the casing 4 or 5 made of a magnetic material. By integrating the magnetic body 3 and the housing 4 or 5, there is an effect that the power transmission system can be reduced in thickness, and the number of members is reduced, so that reduction in cost and weight can be expected.

本実施形態の電力伝送システムによれば、非常に簡単な構成でありながら、送信コイル1及び受信コイル2の間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で電力を伝送することができる。   According to the power transmission system of the present embodiment, power can be transmitted with stable transmission efficiency even if a positional shift occurs between the transmission coil 1 and the reception coil 2 even though the configuration is very simple.

第2の実施形態.
図31は、本発明の第2の実施形態に係る信号伝送システムの概略構成を示すブロック図である。以上説明した非接触コネクタシステムを用いて、電力を伝送することに代えて、信号を伝送してもよい。信号伝送システムは、送信側の非接触コネクタ装置を備えた送信側の情報伝送装置と、受信側の非接触コネクタ装置を備えた受信側の情報伝送装置とからなるものとする。図31を参照すると、送信側の情報伝送装置において、送信コイル1(図1)は送信回路112に接続され、送信回路112は信号源111に接続される。受信側の情報伝送装置において、受信コイル2(図1)は受信回路113に接続される。信号伝送システムにおける送信側の情報伝送装置及び受信側の情報伝送装置は、図29又は図30に示す送電側の電力伝送装置と受電側の電力伝送装置と同様に構成することができる。本実施形態の情報伝送システムによれば、非常に簡単な構成でありながら、送信コイル1及び受信コイル2の間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で情報を伝送することができる。
Second embodiment.
FIG. 31 is a block diagram showing a schematic configuration of a signal transmission system according to the second embodiment of the present invention. Instead of transmitting power using the non-contact connector system described above, a signal may be transmitted. The signal transmission system includes a transmission-side information transmission device including a transmission-side non-contact connector device and a reception-side information transmission device including a reception-side non-contact connector device. Referring to FIG. 31, in the information transmission apparatus on the transmission side, the transmission coil 1 (FIG. 1) is connected to the transmission circuit 112, and the transmission circuit 112 is connected to the signal source 111. In the information transmission apparatus on the reception side, the reception coil 2 (FIG. 1) is connected to the reception circuit 113. The information transmission device on the transmission side and the information transmission device on the reception side in the signal transmission system can be configured similarly to the power transmission device on the power transmission side and the power transmission device on the power reception side shown in FIG. According to the information transmission system of the present embodiment, information can be transmitted with stable transmission efficiency even if a positional shift occurs between the transmission coil 1 and the reception coil 2 even though the configuration is very simple.

第3の実施形態.
図32は、本発明の第3の実施形態に係る誘導加熱装置の概略構成を示すブロック図である。図33は、図32の誘導加熱装置と鍋123の構成を示す断面図である。以上説明した電力伝送システムの原理を用いて、誘導加熱装置を構成することができる。
Third embodiment.
FIG. 32 is a block diagram showing a schematic configuration of an induction heating apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 33 is a cross-sectional view showing the configuration of the induction heating device and pan 123 of FIG. The induction heating apparatus can be configured using the principle of the power transmission system described above.

図32を参照すると、誘導加熱装置において、誘導加熱コイルとしての送信コイル1(図1)は調理回路122に接続され、調理回路122は電源121に接続される。さらに、図1の受信コイル2に代えて、鍋123等の誘導加熱用調理容器が設けられる。鍋123は、送信コイル1に電磁的に結合するように送信コイル1に近接して設けられる。なお、送信コイル1と鍋123との間の電磁的結合により、送信コイル1に電流が流れると、その電流により形成される送信コイル1の周囲の電磁界により鍋123の底面に誘導起電力が生じ、誘導された渦電流が鍋123の底面に流れる。この渦電流を等価的に損失性のコイルと見なせるので、鍋123の自己インダクタンスと、送信コイル1及び鍋123の間の相互インダクタンスとを定義することができる。送信コイル1は、水平な第1の面上の所定領域の周囲に巻線を巻回するように第1の面に沿って設けられる。誘導加熱装置は、第1の面と、第1の面の上方に近接して対向しかつ鍋123の底面が位置する第2の面との間において、少なくとも送信コイル1の巻線及び鍋123の底面が存在する領域にわたって送信コイル1及び鍋123の底面に電磁的に結合するように近接して設けられた磁性体3を備える。送信コイル1に磁性体3を近接させることにより送信コイル1の自己インダクタンスを増大させ、鍋123の底面に磁性体3を近接させることにより鍋123の自己インダクタンスを増大させる。   Referring to FIG. 32, in the induction heating apparatus, transmission coil 1 (FIG. 1) as an induction heating coil is connected to cooking circuit 122, and cooking circuit 122 is connected to power supply 121. Furthermore, instead of the receiving coil 2 of FIG. 1, an induction heating cooking container such as a pan 123 is provided. The pan 123 is provided close to the transmission coil 1 so as to be electromagnetically coupled to the transmission coil 1. When a current flows through the transmission coil 1 due to electromagnetic coupling between the transmission coil 1 and the pan 123, an induced electromotive force is generated on the bottom surface of the pan 123 by an electromagnetic field around the transmission coil 1 formed by the current. As a result, the induced eddy current flows to the bottom surface of the pan 123. Since this eddy current can be regarded as an equivalent lossy coil, the self-inductance of the pan 123 and the mutual inductance between the transmission coil 1 and the pan 123 can be defined. The transmission coil 1 is provided along the first surface so as to wind a winding around a predetermined region on the horizontal first surface. The induction heating device includes at least the winding of the transmission coil 1 and the pan 123 between the first surface and the second surface that is close to and opposes the upper side of the first surface and the bottom surface of the pan 123 is located. The magnetic body 3 provided in close proximity so as to be electromagnetically coupled to the bottom surface of the transmission coil 1 and the pan 123 over the region where the bottom surface exists. The self-inductance of the transmission coil 1 is increased by bringing the magnetic body 3 close to the transmission coil 1, and the self-inductance of the pot 123 is increased by bringing the magnetic body 3 close to the bottom surface of the pan 123.

本実施形態の誘導加熱装置によれば、送信コイル1及び鍋123のそれぞれの自己インダクタンスを増大させることにより、送信コイル1及び鍋123の間の結合係数を、送信コイル1から鍋123への伝送効率の周波数特性が2峰性かつ狭帯域の特性から単峰性かつ広帯域の特性に変化するように、低下させて設定することを特徴とする。本実施形態の誘導加熱装置によれば、非常に簡単な構成でありながら、送信コイル1及び鍋123の間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で鍋123を加熱することができる。   According to the induction heating device of the present embodiment, by increasing the respective self-inductances of the transmission coil 1 and the pan 123, the coupling coefficient between the transmission coil 1 and the pan 123 is transmitted from the transmission coil 1 to the pan 123. The frequency characteristic of efficiency is set to be lowered so that the characteristic changes from a bimodal and narrow band characteristic to a unimodal and broadband characteristic. According to the induction heating device of the present embodiment, the pan 123 can be heated with a stable transmission efficiency even if a positional shift occurs between the transmission coil 1 and the pan 123, although the configuration is very simple.

変形例.
以下、図34〜図36を参照して、本発明の実施形態の変形例について説明する。図1他を参照して説明した実施形態及び実施例では、送信コイル1の巻線は第1の面に沿って単層で巻回され、受信コイル2の巻線は第2の面に沿って単層で巻回されていたが、巻線は多層で巻回されてもよい。
Modified example.
Hereinafter, a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 34 to 36. In the embodiment and examples described with reference to FIG. 1 and others, the winding of the transmitting coil 1 is wound in a single layer along the first surface, and the winding of the receiving coil 2 is along the second surface. However, the winding may be wound in multiple layers.

図34は、図1の送信コイル1及び受信コイル2の変形例を示す断面図である。図35は、図34の送信コイル1の巻き方を説明する概略図である。図34及び図35では、送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれが2層で巻回されている場合を示す。送信コイル1の各層の巻線1a,1bは、互いに逆向きに巻回され、端子Pb,Pdで接続することにより、巻線1a,1bは互いに直列に接続される。巻線1a,1bを直列接続することにより、送信コイル1のインダクタンスを増大させることができるという効果がある。受信コイル2についても同様である。   FIG. 34 is a cross-sectional view showing a modification of the transmission coil 1 and the reception coil 2 of FIG. FIG. 35 is a schematic diagram for explaining how to wind the transmission coil 1 of FIG. 34 and 35 show a case where each of the transmission coil 1 and the reception coil 2 is wound in two layers. The windings 1a and 1b of each layer of the transmission coil 1 are wound in opposite directions, and are connected by terminals Pb and Pd, whereby the windings 1a and 1b are connected in series with each other. By connecting the windings 1a and 1b in series, the inductance of the transmission coil 1 can be increased. The same applies to the receiving coil 2.

図36は、図34の送信コイル1の巻き方の変形例を説明する概略図である。送信コイル1の各層の巻線1a,1bは、同じ向きに巻回され、端子Pa,Pcで接続し、さらに端子Pb,Pdで接続することにより、巻線1a,1bは互いに並列に接続される。巻線1a,1bを並列接続することにより、送信コイル2の抵抗を低減できるという効果がある。   FIG. 36 is a schematic diagram for explaining a modification of the winding method of the transmission coil 1 of FIG. The windings 1a and 1b of each layer of the transmission coil 1 are wound in the same direction, connected by terminals Pa and Pc, and further connected by terminals Pb and Pd, whereby the windings 1a and 1b are connected in parallel to each other. The By connecting the windings 1a and 1b in parallel, the resistance of the transmission coil 2 can be reduced.

なお、送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれの全長は、動作波長に対して大幅に短くされる必要がある。   The total length of each of the transmission coil 1 and the reception coil 2 needs to be significantly shortened with respect to the operating wavelength.

送信コイル1及び受信コイル2の少なくとも一方が多層で巻回されていてもよい。また、送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれ又は少なくとも一方が3層以上で巻回されていてもよい。   At least one of the transmission coil 1 and the reception coil 2 may be wound in multiple layers. Moreover, each or at least one of the transmission coil 1 and the reception coil 2 may be wound in three or more layers.

図37は、図1の送信側及び受信側の非接触コネクタ装置の変形例を示す断面図である。非接触コネクタ装置はプリント配線基板上に形成されてもよい。この場合、送信コイル1及び受信コイル2はそれぞれ、誘電体基板7,8上の導体パターンとして形成される。送信コイル1及び誘電体基板7上には磁性体3aが塗布され、受信コイル2及び誘電体基板8上(図37では誘電体基板8の下面)には磁性体3bが塗布される。このように、プリント配線基板上の送信コイル1及び受信コイル2を磁性体3a,3bと一体的に形成することで、高い強度及び低コストの非接触コネクタ装置を提供することができる。また、送信側及び受信側の非接触コネクタ装置の少なくとも一方において、プリント配線基板上の送信コイル1又は受信コイル2を磁性体と一体的に形成してもよい。   FIG. 37 is a cross-sectional view showing a modification of the non-contact connector device on the transmission side and the reception side of FIG. The non-contact connector device may be formed on a printed wiring board. In this case, the transmission coil 1 and the reception coil 2 are formed as conductor patterns on the dielectric substrates 7 and 8, respectively. A magnetic body 3a is applied on the transmission coil 1 and the dielectric substrate 7, and a magnetic body 3b is applied on the reception coil 2 and the dielectric substrate 8 (the lower surface of the dielectric substrate 8 in FIG. 37). Thus, by forming the transmission coil 1 and the reception coil 2 on the printed circuit board integrally with the magnetic bodies 3a and 3b, a non-contact connector device with high strength and low cost can be provided. Further, in at least one of the non-contact connector device on the transmission side and the reception side, the transmission coil 1 or the reception coil 2 on the printed wiring board may be formed integrally with the magnetic body.

また、整合のために送信コイル1及び受信コイル2に装荷するキャパシタは、図14では送信コイル1及び受信コイル2に対して並列に接続していたが、図4に示すように直列に接続してもよい。また、他の整合回路を用いてもよい。   Further, the capacitors loaded on the transmission coil 1 and the reception coil 2 for matching are connected in parallel to the transmission coil 1 and the reception coil 2 in FIG. 14, but are connected in series as shown in FIG. May be. Other matching circuits may be used.

ここで、本発明の動作原理について補足する。本発明との対比として送信アンテナから受信アンテナに電波を放射する場合と考えると、送信アンテナと受信アンテナとは互いに離隔し、電磁的に非結合の状態にあるので、アンテナ間の相対的関係が変わっても帯域幅は変化しない。しかしながら、非接触コネクタシステムでは、送信コイル及び受信コイルが互いに近接し、電気的に結合しているので、結合の状態に応じて帯域幅が変動する。従って、狭帯域に設計してしまうと、送信コイル及び受信コイルの間の距離が少し変化しただけで、伝送効率が最大になる周波数がシフトし、その結果、伝送効率が低下してしまう。本発明の実施形態で説明した非接触コネクタシステムでは、送信コイル1及び受信コイル2の間に磁性体3を設けたことにより広帯域動作を実現し、その結果、多少の位置ずれによって伝送効率が最大になる周波数が変化しても(図17を参照)、伝送効率の変動を抑制することができる。このように、広帯域動作を実現することにより、送信コイル1及び受信コイル2の間に位置ずれが生じたときでも、所望周波数において伝送効率を維持することができる。   Here, the operating principle of the present invention will be supplemented. Considering the case where radio waves are radiated from the transmitting antenna to the receiving antenna in contrast to the present invention, the transmitting antenna and the receiving antenna are separated from each other and are in an electromagnetically uncoupled state. Even if it changes, the bandwidth does not change. However, in the non-contact connector system, since the transmission coil and the reception coil are close to each other and are electrically coupled, the bandwidth varies depending on the coupling state. Therefore, if the narrow band is designed, the frequency at which the transmission efficiency is maximized is shifted only by a slight change in the distance between the transmission coil and the reception coil, resulting in a decrease in transmission efficiency. In the non-contact connector system described in the embodiment of the present invention, a wide band operation is realized by providing the magnetic body 3 between the transmission coil 1 and the reception coil 2, and as a result, the transmission efficiency is maximized by a slight positional deviation. Even if the frequency to be changed changes (see FIG. 17), fluctuations in transmission efficiency can be suppressed. As described above, by realizing a wide band operation, even when a positional deviation occurs between the transmission coil 1 and the reception coil 2, transmission efficiency can be maintained at a desired frequency.

従来技術の中には、送信コイルと受信コイルとの間に磁性体を設けるものがあり、例えば特許文献1に開示された発明が知られている。しかしながら、特許文献1の発明は、本願の図8と同様に、送信コイルと受信コイルとの間の結合係数を増大させるために磁性体を用いているので、本願発明で磁性体を用いる目的、すなわち送信コイル1及び受信コイル2のそれぞれの自己インダクタンスを増大させて結合係数を低下させるための使用とはまったく異なる。特許文献1の発明で用いている磁性体は、結合係数を増大させるために高い比透磁率を有する。一方、本願発明で用いている磁性体は、比較的小さい比透磁率を有することが可能である。   Some conventional techniques provide a magnetic body between a transmission coil and a reception coil. For example, the invention disclosed in Patent Document 1 is known. However, since the invention of Patent Document 1 uses a magnetic body to increase the coupling coefficient between the transmission coil and the reception coil, as in FIG. 8 of the present application, the purpose of using the magnetic body in the present invention, That is, it is completely different from the use for increasing the respective self-inductances of the transmission coil 1 and the reception coil 2 to decrease the coupling coefficient. The magnetic material used in the invention of Patent Document 1 has a high relative magnetic permeability in order to increase the coupling coefficient. On the other hand, the magnetic material used in the present invention can have a relatively small relative permeability.

本発明の非接触コネクタ装置及び非接触コネクタシステム、電力伝送装置及び電力伝送システムによれば、非常に簡単な構成でありながら、送信コイル及び受信コイルの間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で電力を伝送することができる。   According to the non-contact connector device, the non-contact connector system, the power transmission device, and the power transmission system of the present invention, even if a positional deviation occurs between the transmission coil and the reception coil, it is stable even though the configuration is very simple. Electric power can be transmitted with transmission efficiency.

本発明の情報伝送装置及び情報伝送システムによれば、非常に簡単な構成でありながら、送信コイル及び受信コイルの間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で情報を伝送することができる。   According to the information transmission apparatus and the information transmission system of the present invention, it is possible to transmit information with a stable transmission efficiency even if a positional deviation occurs between the transmission coil and the reception coil even though the configuration is very simple. .

本発明の誘導加熱装置によれば、非常に簡単な構成でありながら、誘導加熱コイル及び調理容器の間に位置ずれが生じても、安定した伝送効率で調理容器を加熱することができる。   According to the induction heating device of the present invention, the cooking container can be heated with a stable transmission efficiency even if a positional shift occurs between the induction heating coil and the cooking container, although the configuration is very simple.

1,1a,1b…送信コイル、
2,2a,2b…受信コイル、
3,3a,3b,6,11,13…磁性体、
4,5…筐体、
7,8…誘電体基板、
12,14…金属シールド、
101…電源、
102…送電回路、
103…受電回路、
104…負荷、
111…信号源、
112…送信回路、
113…受信回路、
121…電源、
122…調理回路、
123…鍋、
C1〜C4…容量、
L1,L2…自己インダクタンス、
M…相互インダクタンス、
P1a,P1b,P2a,P2b,Pa,Pb,Pc,Pd…端子、
R1,R2…抵抗、
Q,Q1…信号源、
z01,z02,Z1…負荷インピーダンス。
1, 1a, 1b ... transmitting coil,
2, 2a, 2b ... receiving coil,
3, 3a, 3b, 6, 11, 13 ... magnetic body,
4, 5 ... housing,
7, 8 ... dielectric substrate,
12,14 ... Metal shield,
101 ... Power supply,
102 ... power transmission circuit,
103: Power receiving circuit,
104 ... load,
111 ... Signal source,
112 ... transmission circuit,
113 ... receiving circuit,
121 ... Power supply,
122 ... Cooking circuit,
123 ... pot,
C1 to C4 capacity
L1, L2 ... Self-inductance,
M ... Mutual inductance,
P1a, P1b, P2a, P2b, Pa, Pb, Pc, Pd ... terminals,
R1, R2 ... resistance,
Q, Q1 ... signal source,
z01, z02, Z1... load impedance.

Claims (6)

調理容器と電磁的に結合するように近接して設けられた誘導加熱コイルを備えた誘導加熱装置において、
上記誘導加熱コイルの巻線は水平な第1の面上で巻回され、
上記誘導加熱装置は、
上記第1の面と、上記第1の面の上方に近接して対向しかつ上記調理容器の底面が位置する第2の面との間において、少なくとも上記誘導加熱コイルの巻線及び上記調理容器の底面が存在する領域にわたって上記誘導加熱コイル及び上記調理容器の底面に電磁的に結合するように近接して設けられた磁性体を備え、
上記誘導加熱コイルに上記磁性体を近接させることにより上記誘導加熱コイルの自己インダクタンスを増大させ、上記調理容器の底面を上記磁性体に近接させることにより上記調理容器の自己インダクタンスを増大させることを特徴とする誘導加熱装置。
In an induction heating apparatus provided with an induction heating coil provided in close proximity so as to be electromagnetically coupled to a cooking vessel,
The induction heating coil winding is wound on a horizontal first surface;
The induction heating device is
At least the winding of the induction heating coil and the cooking vessel between the first surface and a second surface that is close to and opposes the upper side of the first surface and on which the bottom surface of the cooking vessel is located A magnetic body provided in proximity to the induction heating coil and the bottom surface of the cooking vessel over a region where the bottom surface of
The self-inductance of the induction heating coil is increased by bringing the magnetic body close to the induction heating coil, and the self-inductance of the cooking container is increased by bringing the bottom surface of the cooking container close to the magnetic body. Induction heating device.
上記誘導加熱コイル及び上記調理容器のそれぞれの自己インダクタンスを増大させることにより、上記誘導加熱コイル及び上記調理容器の間の結合係数を、上記誘導加熱コイルから上記調理容器への伝送効率の周波数特性が2峰性かつ狭帯域の特性から単峰性かつ広帯域の特性に変化するように、低下させて設定することを特徴とする請求項1記載の誘導加熱装置。   By increasing the respective self-inductances of the induction heating coil and the cooking vessel, the coupling coefficient between the induction heating coil and the cooking vessel can be determined by the frequency characteristic of the transmission efficiency from the induction heating coil to the cooking vessel. 2. The induction heating apparatus according to claim 1, wherein the induction heating device is set to be lowered so as to change from a bimodal and narrow band characteristic to a single peak and broadband characteristic. 上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って単層で巻回されることを特徴とする請求項1又は2記載の誘導加熱装置。   The induction heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the winding of the induction heating coil is wound in a single layer along the first surface. 上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って多層で巻回され、上記多層の巻線のうちの各層の巻線は互いに直列に接続されることを特徴とする請求項1又は2記載の誘導加熱装置。   The winding of the induction heating coil is wound in multiple layers along the first surface, and the windings of each layer of the multilayer windings are connected in series with each other. 2. The induction heating apparatus according to 2. 上記誘導加熱コイルの巻線は上記第1の面に沿って多層で巻回され、上記多層の巻線のうちの各層の巻線は互いに並列に接続されることを特徴とする請求項1又は2記載の誘導加熱装置。   The winding of the induction heating coil is wound in multiple layers along the first surface, and the windings of each layer of the multilayer windings are connected in parallel to each other. 2. The induction heating apparatus according to 2. 上記誘導加熱コイルの巻線は、上記第1の面に沿った誘電体基板上の導体パターンとして形成され、
上記磁性体は、上記誘導加熱コイル及び上記誘電体基板と一体的に形成されることを特徴とする請求項1又は2記載の誘導加熱装置。
The winding of the induction heating coil is formed as a conductor pattern on the dielectric substrate along the first surface,
The induction heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the magnetic body is formed integrally with the induction heating coil and the dielectric substrate.
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